(57)【要約】  【課題】  装置の小型化および低コスト化を図りながら高画質の映像を観察者に提供する。接眼光学系を映像光と外光とのコンバイナとして用いる場合でも、外界像を観察する観察者の視野を広く確保する。  【解決手段】  ホログラム光学素子１２を基板１１上に形成して光学デバイス４を構成する。ホログラム光学素子１２は、再生時に照射される光束（例えば映像光や物体光）の基板１１上における照射範囲Ｐよりも小さい範囲Ｑに形成されている。より具体的には、再生時に照射される光束が、中心強度の５０％以上の強度を有する中心光束と、それ以外の周辺光束とからなっているとすると、ホログラム光学素子１２は、上記中心光束のみを回折させる大きさで基板１１上に形成されている。これにより、不要光に起因するフレアやゴーストを、遮光板などの光学部材を新たに設けることなく軽減することができる。【選択図】      図１
2007033601.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
体積位相型のホログラム光学素子が基板上に形成された光学デバイスであって、
上記ホログラム光学素子は、再生時に照射される光束の上記基板上における照射範囲よりも小さい範囲に形成されていることを特徴とする光学デバイス。
【請求項２】
上記光束は、中心強度の５０％以上の強度を有する中心光束と、それ以外の周辺光束とからなり、
上記ホログラム光学素子は、上記中心光束のみを回折させる大きさで形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光学デバイス。
【請求項３】
上記ホログラム光学素子は、上記基板上に塗布されるホログラム感光材料に２光束を照射することにより、上記ホログラム感光材料に干渉縞を記録して作製されるものであり、
上記ホログラム感光材料は、上記２光束の上記基板上での照射範囲が重畳する部分にのみ塗布されていることを特徴とする請求項１または２に記載の光学デバイス。
【請求項４】
上記ホログラム光学素子は、上記基板上に塗布されるホログラム感光材料の一部において照射範囲が重畳するように２光束を照射することにより、上記ホログラム感光材料における上記２光束の照射範囲の重畳部分に干渉縞を記録して作製されるものであることを特徴とする請求項１または２に記載の光学デバイス。
【請求項５】
上記ホログラム感光材料に対する上記２光束の照射範囲は、同じであることを特徴とする請求項４に記載の光学デバイス。
【請求項６】
上記２光束は、上記ホログラム感光材料に対する一方の照射範囲が他方の照射範囲の内側となるように、上記ホログラム感光材料に照射されていることを特徴とする請求項４に記載の光学デバイス。
【請求項７】
上記ホログラム感光材料において、上記２光束の照射範囲の重畳部分以外の部分は、除去されていることを特徴とする請求項６に記載の光学デバイス。
【請求項８】
上記２光束は、対応する点光源から出射される光の発散角を絞りで制限することによって形成されていることを特徴とする請求項３から７のいずれかに記載の光学デバイス。
【請求項９】
上記ホログラム光学素子は、軸非対称な光学パワーを有していることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の光学デバイス。
【請求項１０】
映像を表示する表示素子と、
上記表示素子からの映像光を観察者の瞳に導く接眼光学系とを有する映像表示装置であって、
上記接眼光学系は、請求項１から９のいずれかに記載の光学デバイスを有していることを特徴とする映像表示装置。
【請求項１１】
上記光学デバイスのホログラム光学素子は、該ホログラム光学素子への光軸の入射面に平行な方向よりも上記入射面に垂直な方向に大きく形成されていることを特徴とする請求項１０に記載の映像表示装置。
【請求項１２】
上記表示素子は、
光を出射する光源と、
上記光源からの光を変調して映像を表示する光変調素子とを有しており、
上記光源は、上記ホログラム光学素子への光軸の入射面に平行な方向よりも上記入射面に垂直な方向に大きく形成されていることを特徴とする請求項１１に記載の映像表示装置。
【請求項１３】
上記ホログラム光学素子は、上記表示素子からの映像光と外光とを同時に観察者の瞳に導くコンバイナであることを特徴とする請求項１０から１２のいずれかに記載の映像表示装置。
【請求項１４】
上記ホログラム光学素子が形成された上記基板は、上記表示素子からの映像光を内部で全反射させて上記ホログラム光学素子を介して観察者の瞳に導く一方、外光を透過させて観察者の瞳に導くことを特徴とする請求項１０から１３のいずれかに記載の映像表示装置。
【請求項１５】
上記基板を第１の透明基板とすると、
上記接眼光学系は、上記第１の透明基板での外光の屈折をキャンセルするための第２の透明基板を有していることを特徴とする請求項１４に記載の映像表示装置。
【請求項１６】
請求項１０から１５のいずれかに記載の映像表示装置と、
上記映像表示装置を観察者の眼前で支持する支持手段とを有していることを特徴とするヘッドマウントディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、体積位相型のホログラム光学素子が基板上に形成された光学デバイスと、その光学デバイスを用いた映像表示装置と、その映像表示装置を備えたヘッドマウントディスプレイ（以下、ＨＭＤとも称する）とに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、表示素子（例えば液晶表示素子）からの映像光を、接眼光学系を介して観察者の瞳に導く映像表示装置が種々提案されている。このような映像表示装置では、上記映像光や外光が、接眼光学系内の正規の光路以外の光路を通り、フレア光またはゴースト光として観察者の瞳に到達することがある。この場合、観察者が観察する画像（映像または外界像）の品位が劣化する。
【０００３】
そこで、例えば特許文献１に記載の装置では、偏心プリズムで構成される接眼光学系と観察者の瞳との間に遮光板を設け、上記のフレア光またはゴースト光を遮光板にて遮光するようにしている。これにより、観察者が観察する画像の品位の劣化を回避している。
【特許文献１】特開平９−６５２４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、表示素子からの映像光を、光強度が高い中心光束と光強度が低い周辺光束とを合成したものと考えた場合、中心光束は、映像表示装置の光学系での収差が小さいことから、光学的に性能の高い光束であると言える。これに対して、周辺光束は、光学系での収差が大きいため、光学的に性能が高い光束であるとは言えない。そこで、特許文献１のような遮光板を、表示素子からの映像光のうちで周辺光束のみをカットできるように接眼光学系に対して観察者側に設けるようにすれば、光学的に性能の高い光束のみによって形成される高画質の映像を観察者に提供することができるとも考えられる。
【０００５】
しかし、この場合は、遮光板という光学部材を観察者の眼前に配置する必要があるために、厚さ方向の増大による装置の大型化を招き、装置のコストアップを招く。また、接眼光学系を映像光と外光とのコンバイナとして用いる場合は、外界像を見る観察者の視野の一部が遮光板にて遮られ、観察者が外界像を観察できる範囲が狭くなる。
【０００６】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、装置の小型化および低コスト化を図りながら高画質の映像を観察者に提供することができるとともに、接眼光学系を映像光と外光とのコンバイナとして用いる場合でも、外界像を観察する観察者の視野を広く確保することができる光学デバイスと、その光学デバイスを用いた映像表示装置と、その映像表示装置を備えたヘッドマウントディスプレイとを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の映像表示装置は、体積位相型のホログラム光学素子が基板上に形成された光学デバイスであって、上記ホログラム光学素子は、再生時に照射される光束の上記基板上における照射範囲よりも小さい範囲に形成されていることを特徴としている。
【０００８】
上記の構成によれば、基板上において、ホログラム光学素子は、再生光の照射範囲よりも小さい範囲に形成されている。なお、再生光としては、本発明の光学デバイスが例えば映像表示装置に用いられる場合は、表示素子から出射される映像光を考えることができ、本発明の光学デバイスが例えば撮像装置に用いられる場合は、撮像対象（物体）からの光を考えることができる。
【０００９】
この構成では、再生光がホログラム光学素子に照射された場合に、例えば、再生光のうちで中心強度の５０％未満の強度を有する周辺光束をホログラム光学素子にて回折させず、残りの中心光束（周辺光束の内側の光束であって、中心強度の５０％以上の強度を有する光束）のみをホログラム光学素子にて回折させるようにすることができる。一般的に、中心光束は、収差が小さく、光学的に性能が高い光束であるので、本発明の光学デバイスが例えば映像表示装置に用いられる場合は、観察者は、光学的に性能が高い光束によって形成される高画質の映像を観察することができる。一方、本発明の光学デバイスが例えば撮像装置に用いられる場合は、光学的に性能が高い光束によって形成される高画質の物像を撮像素子（例えばＣＣＤ）にて撮像することができる。
【００１０】
また、本発明では、ホログラム光学素子の形成領域（面積）を規定することで、不要な光を観察者の瞳に導かせない（ホログラム光学素子にて回折させない）ようにしており、従来のように遮光板を観察者の眼前に配置する必要がないため、本発明の光学デバイスを例えば映像表示装置の接眼光学系（映像光と外光とのコンバイナ）に適用する場合でも、外界像を観察する観察者の視野を広く確保することができる。また、従来のような遮光板が不要なので、映像表示装置の小型化（特に薄型化）および低コスト化を図ることもできる。
【００１１】
また、再生時に基板に照射される光束は、中心強度の５０％以上の強度を有する中心光束と、それ以外の周辺光束とからなり、上記ホログラム光学素子は、上記中心光束のみを回折させる大きさで形成されていることが望ましい。この場合は、光学的に性能が高い光束のみを利用して、観察者が観察する映像や撮像素子にて撮像される物像を確実に高画質にすることができる。また、中心光束の光強度として、中心強度の５０％以上が確保されているので、そのような中心光束を用いて形成される映像や物像の明るさが極端に低下することはない。
【００１２】
また、上記ホログラム光学素子は、上記基板上に塗布されるホログラム感光材料に２光束を照射することにより、上記ホログラム感光材料に干渉縞を記録して作製されるものであり、上記ホログラム感光材料は、上記２光束の上記基板上での照射範囲が重畳する部分にのみ塗布されていてもよい。
【００１３】
作製時に用いられる２光束の基板上での照射範囲が重畳する部分にのみホログラム感光材料が塗布されていれば、上記２光束の基板上での照射範囲（または光束径）の大小に関係なく、基板上で必要な範囲にのみホログラム光学素子を形成することができる。したがって、２光束の照射範囲（または光束径）を、互いに揃えたり、ホログラム光学素子の形成領域にそれぞれ揃える必要がなくなる。
【００１４】
また、上記ホログラム光学素子は、上記基板上に塗布されるホログラム感光材料の一部において照射範囲が重畳するように２光束を照射することにより、上記ホログラム感光材料における上記２光束の照射範囲の重畳部分に干渉縞を記録して作製されるものであってもよい。
【００１５】
この場合でも、基板上におけるホログラム感光材料の塗布領域のうちで必要な範囲にのみホログラム光学素子を形成することができる。このとき、上記基板上における上記２光束の照射範囲は、同じであってもよいし、一方の照射範囲が他方の照射範囲よりも内側となるように異なっていてもよい。ただし、後者のように、上記２光束が、上記ホログラム感光材料に対する一方の照射範囲が他方の照射範囲の内側となるように、上記ホログラム感光材料に照射されている場合は、上記ホログラム感光材料において、上記２光束の照射範囲の重畳部分以外の部分は除去されていることが望ましい。この場合、ホログラム感光材料における一方の光束のみの照射によって形成された部分で回折された光が、フレア光またはゴースト光として観察者の瞳に到達し、観察する映像の品位が劣化するのを回避することができる。
【００１６】
また、上記２光束は、対応する点光源から出射される光の発散角を絞りで制限することによって形成されていることが望ましい。この場合、上記２光束の基板上での照射範囲を低コストで容易にかつ確実に制御することができ、基板上でのホログラム光学素子の大きさ（形成範囲）を低コストで容易にかつ確実に制御することができる。
【００１７】
また、上記ホログラム光学素子は、軸非対称な（正または負の）光学パワーを有していることが望ましい。このようなホログラム光学素子を用いて例えば映像表示装置や撮像装置を構成すれば、これらの装置を構成する各光学部材の配置の自由度を高めることができ、これらの装置を小型化することが容易となる。
【００１８】
本発明の映像表示装置は、映像を表示する表示素子と、上記表示素子からの映像光を観察者の瞳に導く接眼光学系とを有する映像表示装置であって、上記接眼光学系は、上述した本発明の光学デバイスを有していることを特徴としている。
【００１９】
上記の構成によれば、表示素子からの映像光は、本発明の光学デバイスを有する接眼光学系を介して観察者の瞳に導かれる。このとき、上記光学デバイスのホログラム光学素子は、再生時に照射される光束（上記映像光）の基板上における照射範囲よりも小さい範囲に形成されているので、再生光のうちで収差の大きい、光学的に性能が悪い周辺光束をホログラム光学素子にて回折させず、収差の小さい、光学的に性能が高い中心光束のみをホログラム光学素子にて回折させることができる。これにより、観察者は、光学的に性能が高い光束によって形成される高画質の映像を観察することができる。
【００２０】
しかも、ホログラム光学素子の形成領域（面積）を規定することで不要な光（光学的に性能の悪い周辺光束）を観察者の瞳に導かせない（ホログラム光学素子にて回折させない）ようにしており、従来のように遮光板を観察者の眼前に配置する構成ではないため、接眼光学系を映像光と外光とのコンバイナとして用いる場合でも、外界像を観察する観察者の視野を広く確保することができる。また、従来のような遮光板が不要なので、装置の小型化（特に薄型化）および低コスト化を図ることもできる。
【００２１】
また、上記光学デバイスのホログラム光学素子は、該ホログラム光学素子への光軸の入射面に平行な方向よりも上記入射面に垂直な方向に大きく形成されていることが望ましい。なお、ホログラム光学素子への光軸の入射面とは、ホログラム光学素子における入射光の光軸と反射光の光軸とを含む平面のことである。
【００２２】
ホログラム光学素子が軸非対称である場合、ホログラム光学素子への光軸の入射面に平行な方向では、ホログラム光学素子の波長特性（波長選択性）が大きく、入射光の入射角がずれると回折波長がずれやすい。したがって、上記入射面に垂直な方向にホログラム光学素子を大きく形成する、つまり、波長特性が小さい方向にホログラム光学素子を大きく形成することにより、上記入射面に垂直な方向に光学瞳を大きくする、つまり、波長特性が小さい方向に光学瞳を大きくすることができ、色ムラが少なく、かつ、観察しやすい映像を観察者に提供することができる。また、光学瞳の大きさは、上記入射面に垂直な方向よりも上記入射面に平行な方向で相対的に小さくなるので、映像光を無駄なく集光して明るい映像を観察者に提供することができる。
【００２３】
また、本発明の映像表示装置において、上記表示素子は、光を出射する光源と、上記光源からの光を変調して映像を表示する光変調素子とを有しており、上記光源は、上記ホログラム光学素子への光軸の入射面に平行な方向よりも上記入射面に垂直な方向に大きく形成されていてもよい。
【００２４】
なお、上記光源としては、例えば、３原色に対応した光を発光する３つの発光部を少なくとも１組有するものや、青色光または紫外光で蛍光体を励起して白色を発光する白色光源を考えることができる。前者の場合、各発光部は上記入射面に対して垂直な方向に並んで配置されていればよく、後者の場合、上記白色光源はホログラム光学素子への光軸の入射面に対して垂直な方向を長辺方向とするスリット状に白色を発光する構成であればよい。
【００２５】
上述したように、上記入射面に対して垂直な方向は、ホログラム光学素子における波長特性が小さい方向である。したがって、光源が上記ホログラム光学素子への光軸の入射面に平行な方向よりも上記入射面に垂直な方向に大きく形成されていれば、色ムラの少ない高画質の映像を観察者に提供することができる。
【００２６】
また、上記ホログラム光学素子は、上記表示素子からの映像光と外光とを同時に観察者の瞳に導くコンバイナであることが望ましい。この場合、観察者は、ホログラム光学素子を介して、表示素子から提供される映像と外界像とを同時に観察することができる。
【００２７】
また、上記ホログラム光学素子が形成された上記基板は、上記表示素子からの映像光を内部で全反射させて上記ホログラム光学素子を介して観察者の瞳に導く一方、外光を透過させて観察者の瞳に導く構成であってもよい。このような基板を用いることにより、表示素子からの映像を観察可能としながらも、外光の透過率が高くなるので、明るい外界像を観察することができる。
【００２８】
また、上記基板を第１の透明基板とすると、上記接眼光学系は、上記第１の透明基板での外光の屈折をキャンセルするための第２の透明基板を有していることが望ましい。この場合、観察者が接眼光学系を介して観察する外界像に歪みが生じるのを防止することができる。
【００２９】
本発明のヘッドマウントディスプレイは、上述した映像表示装置と、上記映像表示装置を観察者の眼前で支持する支持手段とを有していることを特徴としている。この構成によれば、映像表示装置が支持手段にて支持されるので、観察者は映像表示装置から提供される映像をハンズフリーで観察することができる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、光学デバイスのホログラム光学素子は、再生時に照射される光束（例えば表示素子からの映像光や撮像対象からの光）の基板上における照射範囲よりも小さい範囲に形成されているので、再生光のうちで収差の大きい光学的に性能が悪い周辺光束をホログラム光学素子にて回折させず、収差の小さい光学的に性能が高い中心光束のみをホログラム光学素子にて回折させることができる。これにより、上記光学デバイスが例えば映像表示装置に用いられる場合は、観察者は、光学的に性能が高い光束によって形成される高画質の映像を観察することができる。一方、上記光学デバイスが例えば撮像装置に用いられる場合は、光学的に性能が高い光束によって形成される高画質の物像を撮像素子にて撮像することができる。
【００３１】
しかも、本発明では、ホログラム光学素子の形成領域を規定することで不要な光を観察者の瞳に導かせないようにしており、従来のように遮光板を観察者の眼前に配置する構成ではないため、本発明の光学デバイスを例えば映像表示装置の接眼光学系（映像光と外光とのコンバイナ）に適用する場合でも、外界像を観察する観察者の視野を広く確保することができる。また、従来のような遮光板が不要なので、映像表示装置ひいてはヘッドマウントディスプレイの小型化（特に薄型化）および低コスト化を図ることもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
〔実施の形態１〕
本発明の実施の一形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【００３３】
（１−１．映像表示装置の構成）
図２は、本実施形態に係る映像表示装置１の概略の構成を示す断面図である。この映像表示装置１は、表示素子２と、接眼レンズ３と、光学デバイス４とを有している。
【００３４】
ここで、以下での説明の便宜上、方向を以下のように定義しておく。まず、表示素子２の表示領域の中心と、光学デバイス４によって形成される光学瞳Ｅの中心とを光学的に結ぶ軸を光軸とする。そして、表示素子２から光学瞳Ｅまでの光路を展開したときの光軸方向をＺ方向とする。また、光学デバイス４の後述するホログラム光学素子１２への光軸の入射面に垂直な方向をＸ方向とし、ＺＸ平面に垂直な方向をＹ方向とする。なお、ホログラム光学素子１２への光軸の入射面とは、ホログラム光学素子１２における入射光の光軸と反射光の光軸とを含む平面、すなわち、ＹＺ平面を指す。以下、上記入射面を単に入射面または光軸入射面と称する。なお、上記方向の定義は、他の図面でも同様である。
【００３５】
表示素子２は、例えばバックライトなどの光源を備えた透過型の液晶表示素子（ＬＣＤ）で構成されており、映像を表示する。なお、表示素子２は、反射型の液晶表示素子やＥＬ（エレクトロルミネッセンス）表示素子、ＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス；米国テキサスインスツルメント社製）などの他の光変調素子で構成されてもよい。接眼レンズ３は、光学的に正のパワーを有しており、表示素子２からの映像光を光学デバイス４に導く。光学デバイス４は、接眼レンズ３を介して得られる表示素子２からの映像光を観察者の瞳に導く接眼光学系を構成している。
【００３６】
光学デバイス４は、基板１１上に体積位相型のホログラム光学素子１２が形成されたものである。基板１１は、例えば透明基板で構成されているが、カバーフィルムのような比較的薄いものであってもよい。ホログラム光学素子１２は、本実施形態では、光学的なパワーを有しておらず、基板１１に塗布されるホログラム感光材料１２ａに２光束を照射することにより、ホログラム感光材料１２ａに干渉縞を記録して作製される。なお、ホログラム光学素子１２の作製方法の詳細については後述する。
【００３７】
上記の構成によれば、表示素子２からの映像光は、接眼レンズ３で虚像とされて、光学デバイス４のホログラム光学素子１２により回折されて光学瞳Ｅに導かれる。光学瞳Ｅの位置に観察者の瞳を位置させれば、観察者は光学瞳Ｅの映像を観察することができる。
【００３８】
なお、基板１１およびホログラム感光材料１２ａ（ホログラム光学素子１２を含む）の表面には、反射防止コート処理を施すことが望ましい。この場合、これらの表面および裏面での光の反射がなくなるので、このような光の反射に起因するフレアやゴーストを軽減することができる。
【００３９】
（１−２．ホログラム光学素子の形成範囲について）
次に、ホログラム光学素子１２の基板１１上での形成範囲について説明する。
図１は、ホログラム光学素子１２の基板１１上での形成範囲を模式的に示す平面図である。本実施形態では、ホログラム光学素子１２は、再生時に照射される光束、すなわち、表示素子２からの映像光（以下、再生光とも称する）の、基板１１上における照射範囲Ｐよりも小さい範囲Ｑに形成されている。より詳細には以下の通りである。
【００４０】
図３は、瞳位置と再生光の光強度との関係を示している。再生光を、中心強度の５０％以上の強度を有する中心光束と、それ以外の周辺光束（中心光束よりも外側の光束であって、中心強度の５０％未満の強度を有する光束）とからなっているものとすると、ホログラム光学素子１２は、中心光束のみを回折させる大きさで基板１１上に形成されている。すなわち、中心光束のみを回折させるホログラム光学素子１２の大きさは、図１の範囲Ｑに対応している。
【００４１】
なお、ホログラム光学素子１２は、上述したように、基板１１上に塗布されるホログラム感光材料１２ａのうちで作製２光束の照射によって干渉縞が記録された部分を指しており、ホログラム感光材料１２ａのうちでホログラム光学素子１２が形成された領域以外の領域は、依然としてホログラム感光材料１２ａのままである。
【００４２】
このようにホログラム光学素子１２が基板１１上に形成されていることにより、再生光が光学デバイス４に照射されると、再生光のうちの周辺光束は、ホログラム光学素子１２の形成範囲である範囲Ｑよりも外側に照射されるため、ホログラム光学素子１２にて回折されず、図２の破線Ｄで示すように光学デバイス４を透過する。一方、再生光のうちの中心光束は、ホログラム光学素子１２にて回折されて光学瞳Ｅに導かれる。中心光束は、光学系での収差が小さく、光学的に性能が高い光束であるので、観察者は、光学的に性能が高い光束によって形成される高画質の映像を観察することができる。また、ホログラム光学素子１２での周辺光束の不要な回折がないので、そのような周辺光束に起因するフレアやゴーストを軽減することもできる。
【００４３】
また、ホログラム光学素子１２の形成範囲を上記のように制限しても、再生光のうちで中心強度の５０％以上の光強度を有する中心光束を利用して映像を表示（提供）しているので、観察する映像の明るさが極端に低下するのを回避することができる。
【００４４】
また、本実施形態のようにホログラム光学素子１２の形成領域（面積）を規定することで、不要な光を観察者の瞳に導かせないようにする、つまりはホログラム光学素子１２にて回折させないようにしており、従来のように遮光板を観察者の眼前に配置する必要がないので、映像表示装置１の小型化（特に薄型化）および低コスト化を図ることができる。
【００４５】
また、本実施形態では、光学瞳Ｅに近い位置で、かつ、再生時の光束が平行に近い状態で光束の大きさを制限しているので、像高により制限される光束の大きさがほぼ同じとなり、光学瞳Ｅの中心だけでなく端部まで明るく、高画質の映像を観察することができる。
【００４６】
（１−３．ホログラム光学素子の作製方法について）
次に、ホログラム光学素子１２の作製方法について説明する。図４は、ホログラム光学素子１２の作製に用いられる光学系の概略の構成を示す断面図である。
【００４７】
まず、基板１１上にホログラム感光材料１２ａを塗布する。なお、ここでは、ホログラム感光材料１２ａは、作製時に用いられる２光束（以下、作製２光束とも称する）の照射範囲よりも広い範囲にわたって基板１１上に塗布されているものとする。そして、ホログラム感光材料１２ａが塗布された基板１１を、図４に示す光学系の所定の位置に配置する。
【００４８】
上記光学系においては、図示しない光源からのレーザー光は、２つの平行光束、すなわち、レーザー光２１・３１に分岐されている。これらのレーザー光２１・３１は、上記した作製２光束に相当する。
【００４９】
一方のレーザー光２１は、絞り２２によってその光束径を制限され、対物レンズ２３によって点光源２４に変換され、その後、レンズ２５によって平行光に変換されて、基板１１上のホログラム感光材料１２ａにその表面側（基板１１とは反対側）から照射される。なお、ホログラム感光材料１２ａに対するレーザー光２１の照射範囲は、基板１１上でのホログラム感光材料１２ａの塗布範囲（基板１１全体）よりも狭い範囲であり、具体的には、図１で示した範囲Ｑと同じである。
【００５０】
他方のレーザー光３１は、絞り３２によってその光束径を制限され、対物レンズ３３によって点光源３４に変換され、その後、レンズ３５によって平行光に変換されて、基板１１上のホログラム感光材料１２ａにその裏面側（基板１１側）から照射される。なお、ホログラム感光材料１２ａに対するレーザー光３１の照射範囲についても、基板１１上でのホログラム感光材料１２ａの塗布範囲よりも狭い範囲であり、具体的には、図１で示した範囲Ｑと同じである。
【００５１】
これら２光束の照射により、ホログラム感光材料１２ａにおける２光束の照射範囲の重畳部分に干渉縞が記録され、ホログラム光学素子１２が作製される。その後、ベイク処理および定着処理を行うことによって、光学デバイス４が完成する。
【００５２】
本実施形態では、ホログラム感光材料１２ａは、作製２光束の照射範囲よりも広い範囲にわたって基板１１上に塗布されていることから、ホログラム光学素子１２は、基板１１上に塗布されるホログラム感光材料１２ａの一部において照射範囲が重畳するように２光束を照射することにより、ホログラム感光材料１２ａにおける上記２光束の照射範囲の重畳部分に干渉縞を記録して作製されたものであると言うことができる。
【００５３】
上記の光学系においては、絞り２２・３２の大きさを制御することにより、ホログラム感光材料１２ａに対して互いに同じ大きさ（光束径）のレーザー光を照射して、必要な範囲にのみ干渉縞を記録することができる。また、２つのレーザー光がホログラム感光材料１２ａにて互いに同じ範囲で干渉するので、一方のレーザー光だけでの干渉が発生しにくく、不要な干渉縞が記録されないので、ゴーストやフレアを軽減することができる。
【００５４】
また、作製時に用いられる２光束、すなわち、ホログラム感光材料１２ａに照射される２光束は、対応する点光源２４・３４から出射される光の発散角を絞り２２・３２で制限することによって形成されているので、上記２光束の基板１１上での照射範囲を低コストで容易にかつ確実に制御することができ、基板１１上でのホログラム光学素子１２の大きさ（形成範囲）を低コストで容易にかつ確実に制御することができる。
【００５５】
ところで、本実施形態では、ホログラム感光材料１２ａに対するレーザー光２１・３１の照射範囲が互いに同じ範囲Ｑとなるように、絞り２２・３２によってレーザー光２１・３１の光束径を制限しているが、ホログラム感光材料１２ａに対するレーザー光２１・３１の照射範囲に重畳部分が生じるのであれば、２光束の照射範囲は完全に一致していなくてもよい。
【００５６】
例えば、図５は、作製２光束の照射範囲（大きさ）が互いに異なる場合の、ホログラム光学素子１２の基板１１上での形成範囲を模式的に示す平面図である。ホログラム感光材料１２ａに対するレーザー光２１・３１の照射範囲は、一方の照射範囲（範囲Ｑ）が他方の照射範囲（範囲Ｑ’）よりも内側となるように形成されていてもよい。
【００５７】
この場合でも、ホログラム感光材料１２ａにおける作製２光束の照射範囲の重畳部分は範囲Ｑとなり、再生光のうちで中心光束のみを回折させる大きさでホログラム光学素子１２が形成される。したがって、この場合でも、観察者は、光学的に性能が高い光束によって形成される高画質の映像を観察することができる。
【００５８】
このとき、ホログラム感光材料１２ａにて作製２光束のうちの一方のみが照射された部分（図５では範囲Ｑ’から範囲Ｑを差し引いた部分）が残存していると、この部分に再生光が照射されたときの回折光がフレア光またはゴースト光として観察者の瞳に到達し、観察する映像の品位を劣化させることがある。したがって、このような不都合を回避するために、ホログラム感光材料１２ａにおいて、作製２光束の照射範囲の重畳部分（範囲Ｑ）以外の部分は除去されていることが望ましい。
【００５９】
また、図６に示すように、ホログラム感光材料１２ａは、作製２光束の基板１１上での照射範囲が重畳する部分（つまり範囲Ｑ）にのみ塗布されていても構わない。この場合、作製２光束の光束径が異なっていても、ホログラム感光材料１２ａ上では、作製２光束は実質的に同じ大きさとなるので、作製２光束の基板１１上での照射範囲（または光束径）の大小に関係なく、基板１１上で必要な範囲にのみホログラム光学素子１２を形成することができる。したがって、絞り２２・３２を制御することによって、作製２光束の照射範囲（または光束径）を互いに揃えたり、それらをホログラム光学素子１２の形成領域にそれぞれ揃える必要がなくなる。
【００６０】
なお、上述したホログラム光学素子１２の作製方法（作製２光束の照射範囲を異ならせる点、その場合には照射範囲の重畳部分以外のホログラム感光材料１２ａを除去する点、照射範囲の重畳部分にのみホログラム感光材料１２ａを基板１１上に塗布する点）は、後述する実施の形態にも勿論適用することが可能である。
【００６１】
（１−４．光学デバイスの応用例について）
次に、再生光のうちで中心光束のみを回折させる大きさでホログラム光学素子１２が基板１１上に形成された光学デバイス４の種々の応用例について説明する。
【００６２】
図７は、光学デバイス４を適用した実像投射型映像表示装置の概略の構成を示す断面図である。この装置は、表示素子２と、光学デバイス４と、投射レンズ５・６と、スクリーン７とを有している。
【００６３】
表示素子２からの映像光（再生光）のうちで中心光束は、投射レンズ５を介して光学デバイス４に入射し、ホログラム光学素子４にて回折され、投射レンズ６を介してスクリーン７に投射される。一方、上記映像光のうちで周辺光束（同図の破線Ｄで示される光束）は、投射レンズ５を介して光学デバイス４に入射しても、ホログラム光学素子１２には入射しないので、基板１１を透過する。したがって、スクリーン７には、中心光束のみによって形成される高画質の映像を表示することができる。
【００６４】
なお、光学デバイス４の基板１１は、ホログラム光学素子１２にて回折されない周辺光束を吸収する黒色の基板で構成されてもよい。
【００６５】
また、図８は、光学デバイス４を適用した撮像装置の概略の構成を示す断面図である。この装置は、光学デバイス４と、撮像レンズ８・９と、例えばＣＣＤで構成される撮像素子１０とを有している。なお、光学デバイス４のホログラム光学素子１２は、光学的に負のパワーを有し、撮像レンズ８・９と協働して高い光学性能を実現できるように作製されている。
【００６６】
物体の光（再生光）のうちで中心光束は、撮像レンズ８を介して光学デバイス４に入射し、ホログラム光学素子１２にて回折され、撮像レンズ９によって撮像素子１０の結像面に集光され、そこで撮像される。一方、物体光のうちで周辺光束（同図の破線Ｄで示される光束）は、撮像レンズ８を介して光学デバイス４に入射しても、ホログラム光学素子１２には入射せず、基板１１を透過する。したがって、撮像素子１０では、物体光の中心光束のみによって形成される高画質の映像を撮像することができる。
【００６７】
また、図９は、光学デバイス４を適用した撮像装置の他の構成を示す断面図である。この装置は、光学デバイス４と、撮像レンズ９と、撮像素子１０とを有している。なお、光学デバイス４のホログラム光学素子１２は、光学的に正のパワーを有し、撮像レンズ９と協働して高い光学性能を実現できるように作製されている。
【００６８】
物体の光（再生光）のうちで中心光束は、光学デバイス４に入射し、ホログラム光学素子１２にて回折され、撮像レンズ９によって撮像素子１０の結像面に集光され、そこで撮像される。一方、物体光のうちで周辺光束（同図の破線Ｄで示される光束）は、光学デバイス４に入射しても、ホログラム光学素子１２には入射せず、基板１１を透過する。したがって、撮像素子１０では、物体光の中心光束のみによって形成される高画質の映像を撮像することができる。また、ホログラム光学素子１２は、特定の波長の特定の角度で入射した光以外の光を透過するので、観察者は、ホログラム光学素子１２を透過した物体光による像を観察することができる。
【００６９】
〔実施の形態２〕
本発明の他の実施の形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、説明の便宜上、実施の形態１と同一の構成には同一の部材番号を付記し、その説明を省略する。
【００７０】
（２−１．映像表示装置の構成）
図１０は、本実施形態に係る映像表示装置１の概略の構成を示す断面図であり、図１１は、上記映像表示装置１における光路を光学的に一方向に展開して示す説明図である。この映像表示装置１は、表示素子２と、光学デバイス４とを有している。
【００７１】
表示素子２は、光源１３と、集光レンズ１４と、光変調素子１５とを有している。光源１３は、光変調素子１５に供給する光を出射するものであるが、本実施形態では、特に、青色光または紫外光で蛍光体を励起して白色を発光する白色光源（白色ＬＥＤ）で構成されている。ここで、図１２は、光源１３を光変調素子１５側から見たときの平面図である。光源１３は、ホログラム光学素子１２への光軸の入射面に対して垂直な方向（Ｘ方向）を長辺方向とするスリット状の発光領域１３ａを有している。発光領域１３ａの大きさは、Ｘ方向に例えば４ｍｍであり、Ｙ方向に例えば１．５ｍｍである。光源１３は、この発光領域１３ａからスリット状に白色（３原色に対応したＲＧＢの波長域の光を含む）を発光する。
【００７２】
集光レンズ１４は、例えば光源１３からの光をＹ方向に集光するシリンダレンズで構成されている。光変調素子１５は、光源１３から供給される光を画像データに応じて変調し、上記画像データに応じた映像を表示するものであり、例えば透過型のＬＣＤで構成されている。なお、光変調素子１５は、反射型ＬＣＤ、ＥＬ表示素子、ＤＭＤ等の素子で構成されてもよい。
【００７３】
光学デバイス４は、基板１１上にホログラム光学素子１２が形成されたものであるが、本実施形態においても、実施の形態１と同様に、ホログラム光学素子１２は、再生光のうちで中心光束のみを回折させる範囲にのみ形成されている。また、本実施形態では、ホログラム光学素子１２は、軸非対称な正のパワーを有しており、回折効率ピークおよびその半値波長幅で４６５±５ｎｍ、５２１±５ｎｍ、６３４±５ｎｍの波長域の映像光を回折するように作製されている。なお、本実施形態におけるホログラム光学素子１２の作製方法の詳細については後述する。
【００７４】
上記の構成において、光源１３の発光領域１３ａから出射された光は、集光レンズ１４にてＹ方向に集光されて光変調素子１５を照明し、光変調素子１５にて変調される。光変調素子１５からの映像光のうちの中心光束は、光学デバイス４のホログラム光学素子１２にて回折されて光学瞳Ｅに導かれる。このとき、ホログラム光学素子１２は、光軸入射面に平行な方向よりも光軸入射面に垂直な方向に大きく形成されており、光源１３と光学瞳Ｅとはほぼ共役な関係となるように設定されているので、光学瞳Ｅは、光源１３の発光領域１３ａの大きさ（ｘ＝４ｍｍ、ｙ＝１．５ｍｍ）が光学系の像倍率３倍に拡大され、さらに光変調素子１５で約１°の拡散により少し大きくなる結果、ｘ＝１３ｍｍ、ｙ＝７ｍｍの大きさとなっている。一方、光変調素子１５からの映像光のうちの周辺光束は、ホログラム光学素子１２には入射せず、基板１１を透過する。
【００７５】
このように、本実施形態においても、再生光のうちで中心光束のみを回折させる範囲にのみホログラム光学素子１２が形成されているので、観察者は、光学的に性能が高い中心光束によって形成される高画質の映像を観察することができるとともに、周辺光束（図１０および図１１中の破線Ｄで示される光束）に起因するフレアやゴーストを軽減することができる。
【００７６】
また、本実施形態では、光学瞳Ｅは、Ｘ方向およびＹ方向ともに人間の瞳（３ｍｍ程度）よりも大きいので、観察者は映像を観察しやすい。さらに、光源１３と光学瞳Ｅとはほぼ共役な関係であるので、無駄なく明るい映像を観察者に提供することができる。
【００７７】
（２−２．色ムラを低減できる効果について）
本実施形態では、ホログラム光学素子１２は、上記のように、光軸入射面に平行な方向よりも光軸入射面に垂直な方向に大きく形成されている。この結果、ホログラム光学素子１２の波長特性（波長選択性）の影響をあまり受けずに、観察者は色ムラの少ない高画質の映像を観察することができる。その理由は以下の通りである。
【００７８】
まず、ホログラム光学素子１２における入射角と波長選択性との関係について説明する。０度より大きい入射角を持つ光を回折させる干渉縞を持つホログラム光学素子１２では、入射面に平行な方向よりも入射面に垂直な方向において、波長選択性が小さい（入射角のずれによる回折波長のずれが小さい）。言い換えると、入射面に平行な方向よりも入射面に垂直な方向のほうが、干渉縞への入射角のずれに対する角度選択性が低い。これは、ホログラム光学素子１２の干渉縞に光が入射角を有して入射する場合、入射面（ＹＺ平面）内での入射角の角度ずれは、そのまま入射角の角度ずれとなるため、回折波長に対する影響が大きいが、入射面に垂直な方向の角度ずれは、入射角のずれとしては小さく、回折波長に対する影響は小さいからである。
【００７９】
したがって、ホログラム光学素子１２の干渉縞に所定の入射角からずれた角度の光が入射すると、同じ角度ずれでも、入射面に平行な方向での角度ずれのほうが、入射面に垂直な方向の角度ずれよりも、大きく回折波長がずれる（すなわち、入射面に平行な方向は、波長選択性が大きい）。
【００８０】
したがって、光軸入射面に平行な方向よりも光軸入射面に垂直な方向にホログラム光学素子１２を大きく形成し、回折波長の変化が大きいＹ方向に光学瞳Ｅを小さく形成することにより、回折波長の変化の範囲が狭くなるので、光学瞳Ｅ上での色ムラを低減することができる。また、入射面に垂直な方向に光学瞳Ｅを大きく形成しても、色純度の高い映像を観察者に提供することができる。
【００８１】
なお、光軸入射面外の光は入射面が光軸入射面と若干平行ではないが、前述の通り、入射面に垂直な方向の角度ずれは回折波長に対する影響が小さいので、光軸入射面を基準にしても色ムラが大きくなることはない。
【００８２】
また、本実施形態では、光源１３の発光領域１３ａの大きさがＸ方向に４ｍｍであり、Ｙ方向に１．５ｍｍであることから、光源１３は、ホログラム光学素子１２への光軸の入射面に平行な方向よりも光軸入射面に垂直な方向に大きく形成されていると言える。上述したように、上記入射面に対して垂直な方向は、ホログラム光学素子１２における波長特性が小さい方向であるので、波長特性が小さい方向に光源１３を大きく形成することにより、色ムラの少ない高画質の映像を観察者に提供することができる。
【００８３】
（２−３．その他の効果について）
本実施形態では、光源１３は、レンズ付のもので構成されており、放射角は例えば９０度と小さく設定されている。これにより、光学瞳Ｅの形成に利用されない無駄な光が少なく（光利用効率が高く）、この点からも明るい映像を観察者に提供することができると言える。
【００８４】
また、光源１３を白色光源で構成することにより、ＲＧＢの色を混ぜる必要がないので、安価な構成で光源１３と光学瞳Ｅとを共役にして明るい映像を観察者に提供することができる。
【００８５】
また、光源１３を上記の白色光源で構成すると、Ｘ方向に発光面積が大きくなるので、例えば入射光をＸ方向に拡散する一方向拡散板を設ける必要がなくなる。したがって、一方向拡散板を不要とする分、映像表示装置１を安価に構成することができる。
【００８６】
なお、上記の一方向拡散板を設けるようにしても勿論構わない。この場合は、波長選択性が高くないＸ方向に光を拡散することによって、色純度を高く保ちながらさらに光学瞳ＥをＸ方向に広げることができる。したがって、一方向拡散板は、必要に応じて設けられればよい。
【００８７】
なお、拡散板によってＹ方向にも光を拡散させて光学瞳ＥをＹ方向に大きくすることも可能である。この場合、Ｙ方向には光学瞳Ｅを大きくするほど色ズレが大きくなるので、Ｙ方向の光学瞳Ｅの大きさは、１０ｍｍ程度までが望ましい。
【００８８】
（２−４．ホログラム光学素子の作製方法について）
次に、本実施形態のホログラム光学素子１２の作製方法について説明する。図１３は、本実施形態のホログラム光学素子１２の作製に用いられる光学系の概略の構成を示す断面図である。
【００８９】
まず、基板１１上にホログラム感光材料１２ａを塗布する。なお、ここでは、ホログラム感光材料１２ａは、作製２光束の照射範囲よりも広い範囲にわたって基板１１上に塗布されているものとする。そして、ホログラム感光材料１２ａが塗布された基板１１を、図１３に示す光学系の所定の位置に配置する。
【００９０】
上記光学系においては、図示しない光源からのレーザー光は、２つの光束に分岐されてそれぞれ点光源４１・５１に変換されている。点光源４１からの出射光（作製２光束のうちの一方）は、絞り４２、製造光学系４３および絞り４４を順に介して、基板１１上のホログラム感光材料１２ａにその表面側（基板１１とは反対側）から照射される。上記出射光が製造光学系４３を介してホログラム感光材料１２ａに照射されることで、形成するホログラム光学素子１２に軸非対称な正のパワーを持たせることができる。なお、ホログラム感光材料１２ａに対する上記出射光の照射範囲は、再生光のうちで中心光束のみを回折させる範囲（図１の範囲Ｑと同じ）である。
【００９１】
一方、点光源５１からの出射光は、絞り５２にてその光束径を制限され、基板１１上のホログラム感光材料１２ａにその裏面側（基板１１側）から照射される。なお、ホログラム感光材料１２ａに対する上記出射光の照射範囲は、再生光のうちで中心光束のみを回折させる範囲（図１の範囲Ｑと同じ）である。
【００９２】
これら２光束の照射により、ホログラム感光材料１２ａにおける２光束の照射範囲の重畳部分に干渉縞が記録され、ホログラム光学素子１２が作製される。その後、ベイク処理および定着処理を行うことによって、光学デバイス４が完成する。
【００９３】
上記の光学系においては、絞り４２・４４・５２によって点光源４１・５１の開口数（出射光の光束径）が制限されるので、ホログラム感光材料１２ａ上で作製２光束を同じ大きさにすることができ、再生光のうちで光学的に性能の良好な中心光束が照射される範囲にだけホログラム光学素子１２を作製することができる。また、作製２光束が互いに同じ範囲で干渉するので、一方のレーザー光だけでの干渉が発生しにくく、不要な干渉縞がホログラム感光材料１２ａに記録されない。したがって、フレアやゴーストの発生しにくい光学的に性能が良好なホログラム光学素子１２を作製することができ、高画質な映像を観察者に提供することができる。
【００９４】
さらに、作製時に用いられる２光束は、対応する点光源４１・５１から出射される光の発散角を絞り４２・４４・５２で制限することによって形成されているので、基板１１上でのホログラム光学素子１２の大きさを低コストで容易にかつ確実に制御することができる。
【００９５】
また、点光源４１からの出射光の光束径は、２つの絞り４２・４４で制限されているが、まず、絞り４２で制限されることで、製造光学系４３の端部などで反射や拡散する不要な光が発生するのを抑えることができる。そして、上記出射光の光束径が絞り４４で制限されることにより、製造光学系４３で発生した面間反射などの不要な光がホログラム感光材料１２ａに到達するのを抑えることができる。
【００９６】
〔実施の形態３〕
本発明のさらに他の実施の形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、説明の便宜上、実施の形態１または２と同一の構成には同一の部材番号を付記し、その説明を省略する。
【００９７】
（３−１．映像表示装置の構成）
図１４は、本実施形態の映像表示装置１の概略の構成を示す断面図であり、図１５は、上記映像表示装置１における光路を光学的に一方向に展開して示す説明図である。この映像表示装置１は、表示素子２と、光学デバイス４とを有しているが、これら表示素子２および光学デバイス４の構成が、実施の形態２とは若干異なっている。
【００９８】
表示素子２は、光源１３と、一方向拡散板１６と、集光レンズ１４と、光変調素子１５とを有している。
【００９９】
光源１３は、本実施形態では、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３原色に対応する波長の光を出射する３つの発光部１３Ｒ・１３Ｇ・１３Ｂ（図１５参照）を有するＲＧＢ一体型のＬＥＤで構成されており、光学瞳ＥとＹ方向で光学的に略共役となるように配置されている。発光部１３Ｒ・１３Ｇ・１３Ｂは、光強度のピーク波長および光強度半値の波長幅で４６２±１２ｎｍ、５２５±１７ｎｍ、６３５±１１ｎｍとなる３つの波長帯域の光をそれぞれ発するものである。光源１３の光強度は、ホログラム光学素子１２の回折効率や光変調素子１５の透過率を考慮して調整されており、これによって白色表示が可能となっている。
【０１００】
また、発光部１３Ｒ・１３Ｇ・１３Ｂは、一方向拡散板１６による拡散の大きい方向であるＸ方向に並んでいる。これにより、光学瞳Ｅ上での各色の強度ムラが小さくなり、色ムラを低減することができる。
【０１０１】
一方向拡散板１６は、光源１３からの出射光を拡散させるものであるが、その拡散度は、方向によって異なっている。より詳細には、一方向拡散板１６は、Ｘ方向には入射光を約４０゜拡散させ、Ｙ方向には入射光を約０．５゜拡散させる。また、一方向拡散板１６は光源１３側の面を光学的に平坦な面とし、集光レンズ１４側の面を凹凸により拡散する凹凸面としている。それゆえ、光源１３からの発散光が一方向拡散板１６の平坦な面で屈折されてやや集光された状態で拡散されるので、集光状態が少し保存される。したがって、一方向拡散板１６は凸レンズの機能を若干有しており、一方向拡散板１６への入射光は光学瞳Ｅの形成に必要な方向に若干屈折する。
【０１０２】
集光レンズ１４は、一方向拡散板１６にて拡散された光をＹ方向に集光するシリンダレンズで構成されており、一方向拡散板１６によって拡散された光が効率よく光学瞳Ｅを形成するように配置されている。本実施形態では、光学瞳Ｅは、Ｘ方向の大きさが６ｍｍであり、Ｙ方向の大きさが２ｍｍとなっている。このように、光学瞳Ｅは、一方向（Ｘ方向）には人間の瞳（３ｍｍ程度）よりも大きい６ｍｍの大きさなので、観察者は映像を観察しやすい。一方、光学瞳Ｅは、他の方向（Ｙ方向）には人間の瞳よりも小さい２ｍｍの大きさなので、光源１３からの光は上記方向においては光学瞳Ｅに無駄なく集光する。これにより、観察者は、明るい映像を観察することができる。
【０１０３】
光変調素子１５は、カラーフィルタを有し、光源１３からの出射光を画像データに応じて変調してカラー映像を表示するもの（例えばＬＣＤ）である。光変調素子１５は、矩形の表示領域の長辺方向がＸ方向となり、短辺方向がＹ方向となるように配置されている。
【０１０４】
光学デバイス４は、光変調素子１５からの映像光、すなわち、光変調素子１５にて表示されたカラー映像に対応する光を観察者の瞳に導く接眼光学系を構成している。本実施形態では、光学デバイス４は、接眼プリズム１６（基板、第１の透明基板）と、偏向プリズム１７（第２の透明基板）と、ホログラム光学素子１２とを有して構成されている。
【０１０５】
接眼プリズム１６は、光変調素子１５からの映像光を内部で全反射させてホログラム光学素子１２を介して観察者の瞳に導く一方、外光を透過させて観察者の瞳に導くものであり、偏向プリズム１７とともに、例えばアクリル系樹脂で構成されている。この接眼プリズム１６は、平行平板の下端部を下端に近くなるほど薄くして楔状にし、その上端部を上端に近くなるほど厚くした形状で構成されている。また、接眼プリズム１６は、その下端部に配置されるホログラム光学素子１２を挟むように、偏向プリズム１７と接着剤で接合されている。
【０１０６】
偏向プリズム１７は、平面視で略Ｕ字型の平行平板で構成されており（図１７（ｃ）参照）、接眼プリズム１６の下端部および両側面部（左右の各端面）と貼り合わされたときに、接眼プリズム１６と一体となって略平行平板となるものである。この偏向プリズム１７を接眼プリズム１６に接合することにより、観察者が光学デバイス４を介して観察する外界像に歪みが生じるのを防止することができる。
【０１０７】
つまり、例えば、接眼プリズム１６に偏向プリズム１７を接合させない場合、外光は接眼プリズム１６の楔状の下端部を透過するときに屈折するので、接眼プリズム１６を介して観察される外界像に歪みが生じる。しかし、接眼プリズム１６に偏向プリズム１７を接合させて一体的な略平行平板を形成することで、外光が接眼プリズム１６の楔状の下端部を透過するときの屈折を偏向プリズム１７でキャンセルすることができる。その結果、シースルーで観察される外界像に歪みが生じるのを防止することができる。
【０１０８】
ホログラム光学素子１２は、光変調素子１５からの映像光（３原色に対応した波長の光）を回折し、光変調素子１５にて表示される映像を拡大して観察者の瞳に虚像として導く体積位相型の反射型ホログラムである。本実施形態においても、実施の形態１と同様に、ホログラム光学素子１２は、再生光のうちで中心光束のみを回折させる範囲にのみ接眼プリズム１６上に形成されている（図１７（ａ）参照）。ホログラム光学素子１２の具体的な大きさは、ｘ＝１０ｍｍ、ｙ＝５ｍｍであり、光軸入射面に平行な方向よりも光軸入射面に垂直な方向に大きく形成されている。なお、本実施形態のホログラム光学素子１２の作製方法については後述する。
【０１０９】
また、ホログラム光学素子１２は、軸非対称な正のパワーを有しており、回折効率ピークおよびその半値波長幅で４６５±５ｎｍ、５２１±５ｎｍ、６３４±５ｎｍの波長域の映像光を回折するように作製されている。ホログラム光学素子１２の回折効率の半値波長幅は２０ｎｍ未満であるので、色純度の高い映像を観察者に提供することができる。また、光源１３の光強度のピーク波長と、ホログラム光学素子１２における回折効率のピーク波長とのずれが、ＲＧＢのそれぞれについて１０ｎｍ以下となっているので、光源１３の光の利用効率が高く、明るい映像を観察者に提供することができる。
【０１１０】
上記の構成において、光源１３から出射された光は、一方向拡散板１６にて拡散され、集光レンズ１４にて集光されて光変調素子１５に入射する。光変調素子１５に入射した光は、画像データに応じて変調され、カラーフィルタを介して映像光として出射される。つまり、光変調素子１５には、カラー映像が表示される。
【０１１１】
光変調素子１５からの映像光のうちの中心光束は、光学デバイス４の接眼プリズム１６の内部にその上端面から入射し、対向する２つの面で複数回全反射されて、ホログラム光学素子１２に入射する。ホログラム光学素子１２に入射した光は、反射されて光学瞳Ｅに達する。光学瞳Ｅの位置では、観察者は、光変調素子１５に表示された映像の拡大虚像を観察することができる。また、上記映像光のうちの周辺光束は、接眼プリズム１６に入射しても、ホログラム光学素子１２には入射しないので、光学瞳Ｅには導かれない。
【０１１２】
一方、接眼プリズム１６および偏向プリズム１７は、外光をほとんど全て透過させるので、観察者は外界像を観察することができる。したがって、光変調素子１５からの映像光のうちで中心光束のみによって形成される映像（虚像）は、外界像の一部に重なって観察されることになる。
【０１１３】
（３−２．効果について）
本実施形態においても、再生光のうちで中心光束のみを回折させる範囲にのみホログラム光学素子１２が形成されているので、観察者は、光学的に性能が高い光束（中心光束）によって形成される高画質の映像を観察することができるとともに、周辺光束（図１５中の破線Ｄで示される光束）に起因するフレアやゴーストを軽減することができる。
【０１１４】
また、周辺光束に起因するフレアやゴーストを軽減するための、従来のような遮光板が不要なので、本実施形態のように光学デバイス４を映像光と外光とのコンバイナとして用いる場合でも、外界像を観察する観察者の視野を広く確保することができるとともに、映像表示装置１の小型化（特に薄型化）および低コスト化を図ることができる。
【０１１５】
また、本実施形態の映像表示装置１では、光変調素子１５から出射される映像光を、接眼プリズム１６内での全反射によってホログラム光学素子１２に導く構成としているので、通常の眼鏡レンズと同様に、接眼プリズム１６および偏向プリズム１７の厚さを３ｍｍ程度にすることができ、映像表示装置１を小型化、軽量化することができる。また、光変調素子１５からの映像光を内部で全反射させる接眼プリズム１６を用いることにより、高い外光の透過率を確保して、明るい外界像を観察者に提供することができる。
【０１１６】
また、ホログラム光学素子１２は、軸非対称な正の光学パワーを有しており、正のパワーを持つ非球面凹面ミラーと同様の機能を持っているので、装置を構成する各光学部材の配置の自由度を高めて装置を容易に小型化することができるとともに、良好に収差補正された映像を観察者に提供することができる。さらに、ホログラム光学素子１２は、光変調素子１５からの映像光と外光とを同時に観察者の瞳に導くコンバイナとして機能しており、観察者は、ホログラム光学素子１２を介して、光変調素子１５から提供される映像と外界像とを同時に観察することができる。
【０１１７】
また、本実施形態においても、実施の形態２と同様に、ホログラム光学素子１２は、光軸入射面に平行な方向よりも光軸入射面に垂直な方向に大きく形成されている。これにより、ホログラム光学素子１２の波長特性（波長選択性）の影響をあまり受けずに、観察者は色ムラの少ない高画質の映像を観察することができる。なお、その詳細な理由は、実施の形態２で述べた通りである。
【０１１８】
なお、本実施形態では、Ｘ方向およびＹ方向の両方向において、再生光のうちで光学性能の良好な中心光束のみを回折させる大きさでホログラム光学素子１２を形成した例について説明したが、光源１３と光学瞳ＥとはＹ方向において共役であることから、ホログラム光学素子１２を光学性能の良好な光束が照射される範囲よりもＹ方向に大きく形成するようにしてもよい。この場合、光学性能の良好な光束が光学瞳Ｅに到達するように光源１３を小さく形成することで、高画質な映像を表示することができる。
【０１１９】
ただし、光学性能の良好な光束が照射される範囲よりも大きくなるようにホログラム光学素子１２を形成すると、光源１３の発光部１３Ｒ・１３Ｇ・１３Ｂの周辺が光ったり、ホログラム光学素子１２が光源光を拡散したりして、共役であっても不要な光が光学瞳Ｅやその周辺に到達することがある。したがって、本実施形態のように、ホログラム光学素子１２を性能が良好な光束のみを回折させるだけの大きさで形成するほうが望ましい。つまり、本実施形態のような大きさでホログラム光学素子１２を形成することにより、光学性能の悪い周辺光を確実にカットして、フレアやゴーストを軽減し、高画質な映像を表示することができる。
【０１２０】
なお、本実施形態では、光変調素子１５がカラーフィルタを有する構成とすることでカラー表示を実現しているが、光源１３からのＲＧＢの各色光を時分割で光変調素子１５に供給するようにすれば、光変調素子１５を例えば強誘電液晶表示素子で構成してカラー表示を実現することも可能である。
【０１２１】
（３−３．ホログラム光学素子の作製方法について）
次に、本実施形態のホログラム光学素子１２の作製方法について説明する。図１６は、本実施形態のホログラム光学素子１２の作製に用いられる光学系の概略の構成を示す断面図である。また、図１７（ａ）〜図１７（ｅ）は、接眼プリズム１６の平面図および右側面図、偏向プリズム１７の平面図および下面図、光学デバイス４の平面図をそれぞれ示している。
【０１２２】
まず、図１７（ａ）に示すように、接眼プリズム１６における偏向プリズム１７との貼り合わせ面にホログラム感光材料１２ａを塗布する。なお、ここでは、ホログラム感光材料１２ａは、作製２光束の照射範囲よりも広い範囲にわたって接眼プリズム１６上に塗布されているものとする。そして、ホログラム感光材料１２ａが塗布された接眼プリズム１６を、図１６に示す光学系の所定の位置に配置する。
【０１２３】
上記光学系においては、図示しない光源からのレーザー光は、２つの光束に分岐され、それぞれ、ＲＧＢの３色を発光する点光源６１・７１に変換されている。点光源６１からの出射光（作製２光束のうちの一方）は、絞り６２を介してホログラム感光材料１２ａにその裏面側（接眼プリズム１６側）から照射される。なお、ホログラム感光材料１２ａに対する上記出射光の照射範囲は、再生光のうちで中心光束のみを回折させる範囲である。
【０１２４】
一方、点光源７１からの出射光は、製造光学系７２、絞り７３および反射ミラー７４を順に介してホログラム感光材料１２ａにその表面側（接眼プリズム１６とは反対側）から照射される。上記出射光が製造光学系７２を介してホログラム感光材料１２ａに照射されることで、形成するホログラム光学素子１２に軸非対称な正のパワーを持たせることができる。なお、ホログラム感光材料１２ａに対する上記出射光の照射範囲は、再生光のうちで中心光束のみを回折させる範囲である。
【０１２５】
これら２光束の照射により、ホログラム感光材料１２ａにおける２光束の照射範囲の重畳部分に干渉縞が記録され、ホログラム光学素子１２が作製される（図１７（ａ）参照）。その後、ベイク処理および定着処理を行い、ホログラム光学素子１２が形成された接眼プリズム１６（図１７（ａ）（ｂ）参照）と、偏向プリズム１７（図１７（ｃ）（ｄ）参照）とを貼り合わせることで、光学デバイス４が完成する（図１７（ｅ）参照）。
【０１２６】
上記の光学系においては、絞り６２・７３によって点光源６１・７１の開口数（出射光の光束径）が制限されるので、ホログラム感光材料１２ａ上で作製２光束を同じ大きさにすることができ、再生光のうちで光学的に性能の良好な中心光束が照射される範囲にだけホログラム光学素子１２を作製することができる。また、作製２光束が互いに同じ範囲で干渉するので、一方のレーザー光だけでの干渉が発生しにくく、不要な干渉縞がホログラム感光材料１２ａに記録されない。したがって、フレアやゴーストの発生しにくい光学的に性能が良好なホログラム光学素子１２を作製することができ、高画質な映像を観察者に提供することができる。
【０１２７】
さらに、作製時に用いられる２光束は、対応する点光源６１・７１から出射される光の発散角を絞り６２・７３で制限することによって形成されているので、基板１１上でのホログラム光学素子１２の大きさを低コストで容易にかつ確実に制御することができる。
【０１２８】
また、図１８（ａ）〜図１８（ｃ）は、接眼プリズム１６の他の構成を示す平面図、偏向プリズム１７の他の構成を示す平面図、これらのプリズムを貼り合わせて形成される光学デバイス４の平面図をそれぞれ示している。なお、図１８（ａ）では、接眼プリズム１６における偏向プリズム１７との貼り合わせ面において、再生光のうちで中心光束のみが回折される範囲にのみホログラム感光材料１２ａが塗布されて、このホログラム感光材料１２ａに作製用の２光束を照射して干渉縞を記録することでホログラム光学素子１２が形成されている。
【０１２９】
図１８（ａ）（ｂ）に示す接眼プリズム１６および偏向プリズム１７は、互いの貼り合わせ面が１面となるような形状で形成されているが、これらの機能は図１７（ａ）（ｃ）の接眼プリズム１６および偏向プリズム１７とそれぞれ同じである。したがって、図１８（ａ）（ｂ）の接眼プリズム１６および偏向プリズム１７を用いても、表示素子２からの映像光を観察者の瞳に導く光学デバイス４を構成することができる。
【０１３０】
（３−４．他の映像表示装置について）
本実施形態では、光源１３が、ＲＧＢに対応する発光部１３Ｒ・１３Ｇ・１３Ｂを１組有して構成されている例について説明したが、光源１３は、発光部１３Ｒ・１３Ｇ・１３Ｂを複数組有して構成されていてもよい。
【０１３１】
図１９は、発光部１３Ｒ・１３Ｇ・１３Ｂを２組有する光源１３を有する映像表示装置１における光路を光学的に一方向に展開して示す説明図である。なお、説明の便宜上、一方の組の光源１３を光源群１３Ｐと称し、他方の組の光源１３を光源群１３Ｑと称することとする。
【０１３２】
ここで、図２０は、上記の光源１３を光変調素子１５側から見たときの平面図を示している。光源１３の光源群１３Ｐは、ＲＧＢの各色光を出射する３つの発光部１３Ｒ1・１３Ｇ1・１３Ｂ1を有するＲＧＢ一体型のＬＥＤで構成されている。また、光源群１３Ｑも同様に、ＲＧＢの各色光を出射する３つの発光部１３Ｒ2・１３Ｇ2・１３Ｂ2を有するＲＧＢ一体型のＬＥＤで構成されている。つまり、光源１３は、ＲＧＢの光を出射する３つの発光部を２組有している。
【０１３３】
各光源群１３Ｐ・１３Ｑの各発光部は、ホログラム光学素子１２への光軸の入射面（ＹＺ平面）に対して垂直な方向に並んで配置されているが、さらに、上記入射面に対して各色ごとに面対称となるように配置されている。より詳細には、発光部１３Ｒ1・１３Ｒ2が上記入射面に近い位置で面対称となるように配置され、そのＸ方向外側に発光部１３Ｇ1・１３Ｇ2が上記入射面に対して面対称となるように配置され、さらにそのＸ方向外側に発光部１３Ｂ1・１３Ｂ2が上記入射面に対して面対称となるように配置されている。つまり、各光源群１３Ｐ・１３Ｑでは、上記入射面側からＸ方向外側に向かうにつれて出射光の波長が短くなるような順序で、各発光部が配置されている。
【０１３４】
このように、各発光部を各色ごとに上記入射面に対して面対称に配置することにより、同じ色についての２つの発光部（例えば１３Ｒ1と１３Ｒ2）からの出射光の光強度を足し合わせたトータルの光強度の重心を、ＲＧＢの各色ともに対称面内（上記入射面内）に位置させることができる。つまり、ＲＧＢの各色ともにその強度分布を、対称面を中心にしてＸ方向に対称にすることができる。これにより、光学瞳Ｅの中心において色ムラの少ない映像を観察者に提供することができる。
【０１３５】
なお、各発光部の面対称の中心となる面は、上記入射面に平行な面であってもよい。つまり、各発光部の面対称の中心となる面は、上記入射面からＸ方向に多少ずれた面であっても構わない。この場合は、光学瞳Ｅの中心付近において色ムラの少ない映像を観察者に提供することができる。
【０１３６】
ところで、光源１３が光源群２個で構成され、各発光部が各色ごとに面対称に配置される場合には、上記入射面に垂直な方向における各発光部の配列順序は、隣接する各組間で逆になる。一方、光源１３を構成する光源群の個数が４個以上の偶数個であっても、つまり、光源１３がＲＧＢの各発光部を４組以上の偶数組設けて構成される場合でも、上記入射面に対して垂直な方向における各発光部の配列順序を隣接する各組間で逆にすれば、各発光部からの出射光の光強度を足し合わせたトータルの光強度の重心を、ＲＧＢの各色ともに上記入射面に平行な同一面（上記入射面を含む）内に位置させることができ、光学瞳Ｅの中心またはその近傍において色ムラの少ない映像を観察者に提供することができる。
【０１３７】
したがって、以上のことをまとめると、結局、光源１３は、ＲＧＢの３つの発光部を２組以上の偶数組有しており、上記入射面に対して垂直な方向における各発光部の配列順序が隣接する各組間で逆であれば、光学瞳Ｅの中心またはその近傍において色ムラの少ない映像を観察者に提供することができると言える。
【０１３８】
また、光源１３を構成する光源群の個数が４個以上の偶数個であっても、各発光部が上記入射面に対して面対称に配置され、かつ、上記入射面に対して垂直方向の両側で上記入射面から同じ距離に位置する発光部が同じ色の光を発光するように配置されていれば、各発光部からの出射光の各色について、光強度の重心が上記入射面上で一致する。したがって、光源１３を構成する光源群の個数が偶数個であれば、各発光部を上記のように配置することで、光学瞳の中心で色ムラの少ない映像を観察者に提供することができると言える。
【０１３９】
また、光源群１３Ｐ・１３Ｑの各発光部は、ホログラム光学素子１２への光軸の入射面（ＹＺ平面）に対して垂直な方向（Ｘ方向）に並んで配置されていることから、光源１３は、Ｘ方向に大きく形成されていることになり、特にＸ方向での周辺光の強度が高い。したがって、ホログラム光学素子１２を光学性能が良好な中心光束のみを回折させる大きさに形成することによって、特にＸ方向において、光学性能の悪い周辺光（図１９中の破線Ｄの光線）をカットして、フレアやゴーストを軽減する効果が高く、高画質な映像を提供できる効果が高い。
【０１４０】
また、ホログラム光学素子１２は、上述したように、回折効率ピークおよびその半値波長幅で４６５±５ｎｍ、５２１±５ｎｍ、６３４±５ｎｍの各波長の映像光を回折するように作製されている。このように各色で回折効率の半値波長幅が同じなので、波長の長い光ほど角度選択性が大きい（波長の変化に対する入射角のずれ方が小さい）。したがって、各光源群１３Ｐ・１３Ｑにおいて、光軸入射面側からＸ方向外側に向かうにつれて出射光の波長が短くなるような順序で各発光部が配置されていることにより、光学瞳Ｅ内での各色の強度差を小さくすることができ、光学瞳Ｅ内で色ムラの少ない映像を観察者に提供することができる。以下、この点について詳細に説明する。
【０１４１】
回折効率ピークの波長をλ、ホログラム光学素子１２の媒質（干渉縞）の屈折率をｎ、媒質の厚さをｈ、入射角をθとすると、これらの間には、
λ＝２ｎｈcosθ
の関係が成り立つ。ここで、波長の短いＢ光および波長の長いＲ光において、それぞれの波長が例えば同じ５ｎｍだけずれた場合、波長の変化の割合は、Ｂ光については４６５／４７０であり、Ｒ光については６３４／６３９である。つまり、波長の変化の割合は、波長の短いＢ光に比べて波長の長いＲ光のほうが小さい。したがって、波長の短いＢ光に比べて波長の長いＲ光のほうが、波長の変化に対する入射角θのずれ方は小さい（角度選択性が大きい）。よって、光源１３からの出射光のＲＧＢの波長幅が同じ場合には、ホログラム光学素子１２によって回折されてできる光学瞳の大きさは、波長が長い光ほど小さい。なお、光学瞳Ｅは、各色の光学瞳の範囲を全て含むものとする。
【０１４２】
一方、光源１３のＬＥＤ（各発光部）からの出射光の強度は、一般的に中心付近ほど強く、周囲ほど弱い。また、各発光部は、Ｙ方向においては、光学瞳と略共役となるように配置されているが、Ｘ方向では、一方向拡散板１２により拡散されるので、光学瞳とは共役ではない。しかし、光学瞳において最も強度の強い位置は、一方向拡散板１２がないとした場合の各発光部と共役な位置にほぼ同じである。
【０１４３】
したがって、光学瞳が小さい長波長（Ｒ光）の瞳中心を光学瞳Ｅの中心側に位置させ、光学瞳が大きい短波長（Ｂ光）の瞳中心を光学瞳Ｅの中心よりも外側に位置させることで、光学瞳Ｅ内での瞳位置による強度差を各色について小さくすることができる。この点について、もう少し詳細に説明する。
【０１４４】
図２１は、光学瞳ＥにおけるＸ方向の瞳位置と光強度との関係を示す説明図である。なお、光強度は、同じ色については相対値で示されている。また、同図中の１３Ｒ1・１３Ｒ2・１３Ｇ1・１３Ｇ2・１３Ｂ1・１３Ｂ2で示される曲線は、それぞれ発光部１３Ｒ1・１３Ｒ2・１３Ｇ1・１３Ｇ2・１３Ｂ1・１３Ｂ2から出射される光に対応している。
【０１４５】
上述したように、ホログラム光学素子１２の角度選択性により、波長が長い光ほど光学瞳は小さいので、同図に示すように、波長が長い光ほど瞳位置による強度差が大きくなっている（光学瞳Ｅの中心と端部とにおける強度差が大きくなっている）。逆に、波長が短い光ほど光学瞳Ｅは大きいので、波長が短い光ほど瞳位置による強度差が小さくなっている。
【０１４６】
また、波長が長い光を発光する発光部ほど光軸入射面側に配置されているので、光強度の高い位置は、波長が長い光ほど光学瞳Ｅの中心に近くなっている。逆に、波長が短い光を発光する発光部ほど光軸入射面から離れた位置に配置されているので、光強度の高い位置は、光学瞳Ｅの周辺となっている。
【０１４７】
つまり、波長が長い光ほど瞳位置による強度差が大きいが、光軸入射面側からＸ方向外側に向かうにつれて出射光の波長が短くなるような順序で各発光部を配置し、波長が長い光ほど光強度の高い位置を光学瞳Ｅの中心に近づけることで、波長が長い光について、瞳位置による強度差、すなわち、光学瞳Ｅの中心と端部とにおける強度差を小さくすることができる。これにより、光学瞳Ｅの全体（瞳中心および瞳周辺）で色ムラの少ない映像を観察者に提供することができる。
【０１４８】
また、光源群１３Ｐ・１３Ｑの各発光部は、光軸入射面側からＸ方向外側に向かうにつれて出射光の波長が長くなるような順序で配置されてもよい。この場合、各発光部は、一方向拡散板１２での拡散が小さい波長順（波長が長いほど拡散する）にＸ方向に配置されているので、光学瞳Ｅ上での各色の強度差が小さくなり、色ムラを低減することができる。つまり、色純度の高い映像を観察者に提供することができる。
【０１４９】
ところで、以上では、ＲＧＢの各発光部を２組設け、各組を個々のパッケージにした光源群１３Ｐ・１３Ｑで光源１３を構成した例について説明したが、各組は１つのパッケージになっていてもよい。図２２は、光源１３の他の構成例を示すものであって、光源１３を光変調素子１５側から見たときの平面図を示している。
【０１５０】
このように光源１３は、ＲＧＢの光を出射する発光部１３Ｒ1・１３Ｒ2・１３Ｇ1・１３Ｇ2・１３Ｂ1・１３Ｂ2を１パッケージ化したもので構成されてもよい。この構成においても、上述した各発光部の配置方法を適用することにより、光学瞳Ｅ上での各色の強度差を小さくして、色ムラを低減することができる。また、発光点の距離が近いほどＲＧＢの色が混ざりやすく、より明るい映像を提供することができるので、この点では、各発光部の距離を容易に小さくできる図２２の構成のほうが望ましい。
【０１５１】
〔実施の形態４〕
本発明のさらに他の実施の形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、説明の便宜上、実施の形態１ないし３と同一の構成には同一の部材番号を付記し、その説明を省略する。
【０１５２】
図２３は、本実施形態の映像表示装置１の概略の構成を示す断面図である。この映像表示装置１は、表示素子２の集光レンズ１４を削除し、光源１３を実施の形態２で示した白色光源で構成するとともに、光学デバイス４の構成を若干変更した以外は、実施の形態３と同様の構成である。
【０１５３】
本実施形態の光学デバイス４は、接眼プリズム１８（基板、第１の透明基板）と偏向プリズム１９（第２の透明基板）とでホログラム光学素子１２を挟持して構成されている。ホログラム光学素子１２は、再生光のうちで中心光束のみを回折させる大きさで形成されている。
【０１５４】
接眼プリズム１８および偏向プリズム１９は、実施の形態３の接眼プリズム１６および偏向プリズム１７と同様の機能を有している。ただし、接眼プリズム１８は、光変調素子１５からの映像光の入射面である第１の面１８ａと、光を選択的に透過または反射させる選択透過反射面である第２の面１８ｂと、第２の面１８ｂにて反射された光を反射させる第３の面１８ｃとを有しているが、これらの３つの面が全て自由曲面である点で、実施の形態３の接眼プリズム１６とは異なっている。上記のホログラム光学素子１２は、第３の面１８ｃ上に形成されている。
【０１５５】
また、本実施形態では、光変調素子１５は、Ｙ方向にのみ光を集光するシリンダレンズを各画素ごとに配置したシリンダレンズアレイを有している。この構成により、集光レンズ１４を不要とすることができ、また、光学瞳ＥをＹ方向に小さくする一方、Ｘ方向に大きくすることができる。
【０１５６】
上記の構成において、光源１３から出射された光は、光変調素子１５にて変調され、映像光となって光学デバイス４に入射する。光学デバイス４では、上記の映像光は、接眼プリズム１８の第１の面１８ａから入射し、第２の面１８ｂで全反射されて、ホログラム光学素子１２を設けた第３の面１８ｃに入射する。第３の面１８ｃでは、特定波長の映像光（ただし中心光束のみ）がホログラム光学素子１２にて反射され、第２の面１８ｂを透過して光学瞳Ｅに射出される。観察者は光学瞳Ｅの位置で光を瞳に入射することにより、映像を虚像として観察することができる。一方、映像光のうちで周辺光束は、ホログラム光学素子１２には入射せず、光学瞳Ｅには導かれない。
【０１５７】
本実施形態においても、再生光のうちで中心光束のみを回折させる範囲にのみホログラム光学素子１２が形成されているので、観察者は、光学的に性能が高い光束（中心光束）によって形成される高画質の映像を観察することができるとともに、周辺光束（図２３中の破線Ｄで示される光束）に起因するフレアやゴーストを軽減することができる。
【０１５８】
また、本実施形態では、実施の形態２と同様の光源１３、すなわち、Ｘ方向に発光領域１３ａの長い光源１３を用いているので、シリンダレンズアレイを有する光変調素子１５とも相まって、Ｘ方向に光学瞳Ｅを大きくする一方、Ｙ方向に光学瞳Ｅを小さく形成することができる。これにより、観察者が映像を観察しやすくなる、無駄なく明るい映像を観察者に提供することができる、色純度の高い映像を表示することができるなどの効果を得ることができる。
【０１５９】
また、観察者は、外界像を偏向プリズム１９および接眼プリズム１８を介して歪み無く見ることができる。また、接眼プリズム１８の第３の面１８ｃに体積位相型のホログラム光学素子１２が形成されているので、外光の透過率が高くなり、外界像が明るく見やすい。さらに、第２の面１８ｂでの反射を全反射としているので、外界像を見る際には、外光の透過率を特に落とすことなく明るい外界像を見ることができる。
【０１６０】
なお、接眼プリズム１８の３つの面は、それぞれ平面や球面で構成されても構わない。特に、接眼プリズム１８の３つの面が曲面で構成されていれば、光学デバイス４に矯正眼鏡レンズとしての機能を持たせることもできる。
【０１６１】
〔実施の形態５〕
本発明のさらに他の実施の形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、説明の便宜上、実施の形態１ないし４と同一の構成には同一の部材番号を付記し、その説明を省略する。
【０１６２】
本実施形態では、実施の形態３の映像表示装置１が適用されるＨＭＤについて説明する。なお、他の実施形態で説明した映像表示装置１を本実施形態のＨＭＤに適用することは勿論可能である。
【０１６３】
図２４（ａ）は、本実施形態に係るＨＭＤの概略の構成を示す平面図であり、図２４（ｂ）は、ＨＭＤの側面図であり、図２４（ｃ）は、ＨＭＤの正面図である。ＨＭＤは、映像表示装置１０１と、それを支持する支持手段１０２とを有しており、全体として、一般の眼鏡から一方（例えば左目用）のレンズを取り除いたような外観となっている。
【０１６４】
映像表示装置１０１は、観察者に外界像をシースルーで観察させるとともに、映像を表示して観察者にそれを虚像として提供するものであり、例えば、実施の形態３の映像表示装置１で構成されている。したがって、図２４（ｃ）で示す映像表示装置１０１において、眼鏡の右目用レンズに相当する部分は、図１４で示した接眼プリズム１６と偏向プリズム１７との貼り合わせによって構成されている。
【０１６５】
支持手段１０２は、映像表示装置１０１を観察者の眼前（例えば右目の前）で支持するものであり、ブリッジ１０３と、フレーム１０４と、テンプル１０５と、鼻当て１０６と、ケーブル１０７と、外光透過率制御手段１０８とを有している。なお、フレーム１０４、テンプル１０５および鼻当て１０６は、左右一対設けられているが、これらを左右で区別する場合は、右フレーム１０４Ｒ、左フレーム１０４Ｌ、右テンプル１０５Ｒ、左テンプル１０５Ｌ、右鼻当て１０６Ｒ、左鼻当て１０６Ｌのように表現するものとする。
【０１６６】
映像表示装置１０１の一端は、ブリッジ１０３に支持されている。このブリッジ１０３は、映像表示装置１０１のほかにも、左フレーム１０４Ｌ、鼻当て１０６および外光透過率制御手段１０８を支持している。左フレーム１０４Ｌは、左テンプル１０５Ｌを回動可能に支持している。一方、映像表示装置１０１の他端は、右フレーム１０４Ｒに支持されている。右フレーム１０４Ｒにおいて映像表示装置１０１の支持側とは反対側端部は、右テンプル１０５Ｒを回動可能に支持している。
【０１６７】
ケーブル１０７は、外部信号（例えば映像信号、制御信号）や電力を映像表示装置１０１に供給するための配線であり、右フレーム１０４Ｒおよび右テンプル１０５Ｒに沿って設けられている。外光透過率制御手段１０８は、外光（外界像の光）の透過率を制御するためにブリッジ１０３に設けられており、映像表示装置１０１よりも前方（観察者とは反対側）に位置している。
【０１６８】
観察者がＨＭＤを使用するときは、右テンプル１０５Ｒおよび左テンプル１０５Ｌを観察者の右側頭部および左側頭部に接触させるとともに、鼻当て１０６を観察者の鼻に当て、一般の眼鏡をかけるようにＨＭＤを観察者の頭部に装着する。この状態で、映像表示装置１０１にて映像を表示すると、観察者は、映像表示装置１０１の映像を虚像として観察することができるとともに、この映像表示装置１０１を介して外界像をシースルーで観察することができる。
【０１６９】
このとき、外光透過率制御手段１０８において、外光透過率を例えば５０％以下に低く設定しておけば、観察者は映像表示装置１０１の映像を観察しやすくなり、逆に、外光透過率を例えば５０％以上に高く設定しておけば、観察者は、外界像を観察しやすくなる。したがって、外光透過率制御手段１０８における外光透過率は、映像表示装置１０１の映像および外界像の観察のしやすさを考慮して適宜設定されればよい。
【０１７０】
このように、本実施形態のＨＭＤの構成によれば、映像表示装置１０１が支持手段１０２にて支持されるので、観察者は映像表示装置１０１から提供される映像をハンズフリーで観察することができる。
【０１７１】
なお、ＨＭＤは、映像表示装置１０１を１個だけ備えたものには限られない。例えば、図２５（ａ）は、ＨＭＤの他の構成を示す平面図であり、図２５（ｂ）は、上記ＨＭＤの側面図であり、図２５（ｃ）は、上記ＨＭＤの正面図である。このように、ＨＭＤは、観察者の両目の前に配置される２個の映像表示装置１０１を備えた構成であってもよい。この場合、左目の前に配置される映像表示装置１０１は、ブリッジ１０３と左フレーム１０４Ｌとによってその間で支持される。また、ケーブル１０７は、両方の映像表示装置１０１と接続され、外部信号等がケーブル１０７を介して両方の映像表示装置１０１に供給される。このようなＨＭＤを構成すれば、観察者は各映像表示装置１０１から提供される映像をそれぞれの目でハンズフリーで観察することができる。
【０１７２】
なお、実施の形態１〜４で説明した映像表示装置１は、本実施形態のＨＭＤ以外にも例えばヘッドアップディスプレイなどの装置に適用することも可能である。また、各実施の形態の構成を適宜組み合わせて映像表示装置１またはＨＭＤを構成することも勿論可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１７３】
【図１】本発明の実施の一形態に係る映像表示装置に適用される光学デバイスのホログラム光学素子の基板上での形成範囲を模式的に示す平面図である。
【図２】上記映像表示装置の概略の構成を示す断面図である。
【図３】瞳位置と再生光の光強度との関係を示す説明図である。
【図４】上記ホログラム光学素子の作製に用いられる光学系の概略の構成を示す断面図である。
【図５】作製２光束の照射範囲が互いに異なる場合の、ホログラム光学素子の基板上での形成範囲を模式的に示す平面図である。
【図６】作製２光束の基板上での照射範囲が重畳する部分にのみホログラム感光材料が塗布されて形成されたホログラム光学素子を模式的に示す平面図である。
【図７】上記光学デバイスを適用した実像投射型映像表示装置の概略の構成を示す断面図である。
【図８】上記光学デバイスを適用した撮像装置の概略の構成を示す断面図である。
【図９】上記光学デバイスを適用した撮像装置の他の構成を示す断面図である。
【図１０】本発明の他の実施の形態に係る映像表示装置の概略の構成を示す断面図である。
【図１１】上記映像表示装置における光路を光学的に一方向に展開して示す説明図である。
【図１２】上記映像表示装置の光源をＬＣＤ側から見たときの平面図である。
【図１３】上記映像表示装置における光学デバイスのホログラム光学素子の作製に用いられる光学系の概略の構成を示す断面図である。
【図１４】本発明のさらに他の実施の形態に係る映像表示装置の概略の構成を示す断面図である。
【図１５】上記映像表示装置における光路を光学的に一方向に展開して示す説明図である。
【図１６】上記映像表示装置における光学デバイスのホログラム光学素子の作製に用いられる光学系の概略の構成を示す断面図である。
【図１７】（ａ）ないし（ｅ）は、それぞれ、上記光学デバイスを構成する接眼プリズムの平面図および右側面図、偏向プリズムの平面図および下面図、その光学デバイスの平面図である。
【図１８】（ａ）ないし（ｃ）は、それぞれ、上記接眼プリズムの他の構成を示す平面図、上記偏向プリズムの他の構成を示す平面図、これらのプリズムを貼り合わせて形成される光学デバイスの平面図である。
【図１９】他の光源を備えた映像表示装置における光路を光学的に一方向に展開して示す説明図である。
【図２０】上記光源をＬＣＤ側から見たときの平面図である。
【図２１】光学瞳におけるＸ方向の瞳位置と光強度との関係を示す説明図である。
【図２２】上記光源のさらに他の構成例を示すものであって、その光源をＬＣＤ側から見たときの平面図である。
【図２３】本発明のさらに他の実施の形態に係る映像表示装置の概略の構成を示す断面図である。
【図２４】（ａ）は、本発明のさらに他の実施の形態に係るヘッドマウントディスプレイの概略の構成を示す平面図であり、（ｂ）は、上記ヘッドマウントディスプレイの側面図であり、（ｃ）は、上記ヘッドマウントディスプレイの正面図である。
【図２５】（ａ）は、他のヘッドマウントディスプレイの概略の構成を示す平面図であり、（ｂ）は、上記ヘッドマウントディスプレイの側面図であり、（ｃ）は、上記ヘッドマウントディスプレイの正面図である。
【符号の説明】
【０１７４】
１    映像表示装置
２    表示素子
４    光学デバイス（接眼光学系）
１１    基板
１２    ホログラム光学素子
１２ａ  ホログラム感光材料
１３    光源
１５    光変調素子
１６    接眼プリズム（基板、第１の透明基板）
１７    偏向プリズム（第２の透明基板）
１８    接眼プリズム（基板、第１の透明基板）
１９    偏向プリズム（第２の透明基板）
２２    絞り
２４    点光源
３２    絞り
３４    点光源
４１    点光源
４２    絞り
４４    絞り
５１    点光源
５２    絞り
６１    点光源
６２    絞り
７１    点光源
７３    絞り
１０１    映像表示装置
１０２    支持手段
【図１】
2007033601.tif 000003
【図２】
2007033601.tif 000004
【図３】
2007033601.tif 000005
【図４】
2007033601.tif 000006
【図５】
2007033601.tif 000007
【図６】
2007033601.tif 000008
【図７】
2007033601.tif 000009
【図８】
2007033601.tif 000010
【図９】
2007033601.tif 000011
【図１０】
2007033601.tif 000012
【図１１】
2007033601.tif 000013
【図１２】
2007033601.tif 000014
【図１３】
2007033601.tif 000015
【図１４】
2007033601.tif 000016
【図１５】
2007033601.tif 000017
【図１６】
2007033601.tif 000018
【図１７】
2007033601.tif 000019
【図１８】
2007033601.tif 000020
【図１９】
2007033601.tif 000021
【図２０】
2007033601.tif 000022
【図２１】
2007033601.tif 000023
【図２２】
2007033601.tif 000024
【図２３】
2007033601.tif 000025
【図２４】
2007033601.tif 000026
【図２５】
2007033601.tif 000027